High-gain and large-bandwidth Josephson parametric amplifier influenced by Fabry-Pérot interference
Auteurs : Shingo Kono, Jesper Ilves, Arjan F. van Loo, Yoshiki Sunada, C. W. Sandbo Chang, Yutaka Takeda, Kenshi Yuki, Takeaki Miyamura, Kohei Matsuura, Kazuki Koshino, Yasunobu Nakamura
Résumé : Quantum-limited parametric amplifiers are essential components for many quantum technologies operating in the microwave domain. Achieving both high gain and broad bandwidth, however, remains challenging due to trade-offs between gain and bandwidth, pump efficiency, and dynamic range. Moreover, high-gain broadband amplifiers become increasingly sensitive to their external electromagnetic environment, which can distort their gain spectra and hinder reliable operation. Here, we present an accurate theoretical model and a systematic design methodology for a flux-driven, lumped-element Josephson parametric amplifier based on a SQUID array. Our device achieves near-quantum-limited, phase-preserving amplification with a net gain of 20 (maximally 44) dB and a 3-dB bandwidth of $\sim$50 ($\lesssim$0.2) MHz. We further show that the gain spectra exhibit pronounced sensitivity to weak reflections in the input-output waveguide caused by impedance mismatches in the microwave environment. By incorporating Fabry-Pérot-type interference into a quantum input-output model, we analytically reproduce these complex spectral features and identify how they depend on the physical parameters of the environment. More generally, our results provide a practical framework for separating the intrinsic dynamics of parametric amplifiers from environmental effects. This approach enables reliable characterization and optimization of amplifier performance while providing a systematic strategy for diagnosing microwave reflections and engineering environmental interference to shape amplifier gain spectra, thereby offering a pathway toward robust, reproducible, and truly quantum-limited microwave amplification.
Outils pour cet article
Posez des questions sur cet article à notre assistant IA
Vous pouvez aussi discutez avec plusieurs papiers à la fois ici.
Certains éléments de l'article ne sont pas encore résumés, vous pouvez relancer le processus de synthèse en cliquant sur le bouton Exécuter ci-dessous.
Articles similaires résumés avec nos outils d'IA
Naviguez à travers encore plus d'articles similaires en utilisant une
représentation arborescenteRecherchez des articles similaires (en version bêta)
Nous comparons le titre et le résumé avec les articles indexés dans notre base. Pour les articles arXiv, la recherche porte sur la même catégorie ; pour les DOI et les autres sources, elle couvre toutes les sources et disciplines. Vous pouvez la relancer à mesure que notre base s’enrichit.
Avertissement : Notre outil de synthèse basé sur l'IA et l'assistant virtuel fournis sur ce site Web peuvent ne pas toujours fournir des résumés complets ou des réponses exactes. Nous vous encourageons à examiner attentivement et à évaluer le contenu généré pour vous assurer de sa qualité et de sa pertinence par rapport à vos besoins.